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| 橡膠材料功能化，就是通過(guò)物理或化學(xué)手段，如合成、共混、接枝改性、與新型材料復(fù)合或混合及新型加工方法等使橡膠材料獲得原來(lái)不具備的某些特殊性能。這些特殊性能包括：力學(xué)性能方面的超低硬度、超高強(qiáng)度；熱學(xué)性能方面的導(dǎo)熱、熱敏變色；電學(xué)性能方面的導(dǎo)電、電磁波屏蔽和吸收；光學(xué)性能方面的光刻、光蓄；生物學(xué)性能方面的仿生；其他方面有磁性、親水性、形狀記憶和富氧等特性。近年來(lái)，各種功能性橡膠材料及制品不斷涌現(xiàn)，其開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方興未艾。 只有一種功能的橡膠稱(chēng)為單一功能橡膠或穩(wěn)態(tài)功能橡膠（Single function 稱(chēng)為S 功能）。兼?zhèn)鋬煞N功能的稱(chēng)之為D-功能（Dynamic function）；由形態(tài)記憶而產(chǎn)生的功能稱(chēng)之為sh-功能或智能彈性體（shaping function）。目前所發(fā)現(xiàn)的彈性體，按其功能性可分為以下7 種：力學(xué)（或物理）、化學(xué)、水、光、輻射、電（磁） 和生物醫(yī)學(xué)，其中水也具有功能性，水除有化學(xué)反應(yīng)性外，也有與光類(lèi)似的交聯(lián)反應(yīng)性。 S 功能彈性體 形狀記憶、壓敏粘合和低滯后性彈性材料是利用力學(xué)功能的主要形式。其中引人注目的實(shí)例主要是用于形狀記憶材料，如HTPI，有天然（杜仲和古塔膠）和合成的兩類(lèi)。形狀記憶高分子材料根據(jù)形狀回復(fù)原理可分為4類(lèi)： (1) 熱致形狀記憶高分子材料；(2) 電致形狀記憶高分子材料；(3) 光致形狀記憶高分子材料；(4) 化學(xué)感應(yīng)型形狀記憶高分子材料。形狀記憶高分子材料主要有反式聚異戊二烯（TPI），交聯(lián)聚乙烯（XLPE）和聚氨酯（PU）等。 其中TPI 的主要原料是巴拉塔膠、杜仲膠和古塔膠、人工合成的反式聚異戊二烯。形狀記憶TPI 是以TPI 樹(shù)脂填料及交聯(lián)劑等為原料加工而成。這種功能聚合物具有易于成型、導(dǎo)熱性低、熔融透明等特性。利用TPI 的形狀記憶特性，先加工成便于運(yùn)輸?shù)男螤睿褂脮r(shí)再加熱恢復(fù)到原狀。總之，通過(guò)充分利用其低溫成型性、常溫高硬性、高門(mén)尼粘度和高沖擊強(qiáng)度、高熱熔粘合性以及交聯(lián)性等基本特性，S功能彈性體用途在不斷擴(kuò)大。 D 功能彈性體 按功能可分為化學(xué)、水敏、光敏、輻射、導(dǎo)電或磁性和生物醫(yī)學(xué)等6種。 化學(xué)功能彈性體 化學(xué)功能彈性體主要用于離子交換、催化生理活性以及乳化劑等。 光敏性彈性體 所謂光敏性彈性體，是指在光的作用下，引起分子內(nèi)和分子間的化學(xué)或結(jié)構(gòu)變化的彈性體。作為光吸收體，有彈性體本身帶有光敏性基團(tuán)的（如肉桂基、丙烯?；?、迭氮基和二硫化氨基甲酸酯基）和外加光敏性化合物（增光劑）的兩種。其中已商品化的實(shí)例之一，是由天然橡膠合成的含肉桂?；膹椥泽w。光敏性彈性體的主要用途分為兩大類(lèi)：自動(dòng)記錄器用和光敏折曲印刷板用，將來(lái)在彈性涂料和板材方面可能有新的用途。 水敏性功能彈性體 水敏性功能彈性體，是指在濕氣或水存在的條件下，聚合物分子之間成鍵或者通過(guò)水分子成鍵的彈性體。前者稱(chēng)為水敏性彈性體，后者則稱(chēng)為親水性彈性體。親水性又可分為吸水性（或水膨脹性）和出水性。此類(lèi)彈性體可在常溫常壓下或在溫水中進(jìn)行連續(xù)交聯(lián)，可用作各種容器的密封材料和屋項(xiàng)（或面）的覆蓋材料，今后將有更廣泛的用途。 輻射功能彈性體 光化學(xué)將可見(jiàn)光和紫外線(xiàn)作為主要研究對(duì)象，而輻射化學(xué)則以X-射線(xiàn)和〥-射線(xiàn)為主要研究對(duì)象，因此近年把電子射線(xiàn)歸于輻射化學(xué)來(lái)研究。輻射能比紫外線(xiàn)能高，不需要在上述光敏彈性體中起固化或交聯(lián)作用的光敏基團(tuán)和增光劑。在大容量集成電路上，非彈性材料（如甲基丙烯酸甲酯和丙烯的共聚物及氯化聚丙烯酸甲酯）已實(shí)現(xiàn)商品化，但彈性體的例子較少。環(huán)氯化聚丁二烯和聚異丁烯已有報(bào)道，前者雖然隨著交聯(lián)反應(yīng)幾率的增加定位反差下降，但感光率可達(dá)5×107～4×109c/cm3，很有發(fā)展前途。 導(dǎo)電(磁性)功能彈性體 導(dǎo)電彈性體可分為復(fù)合型和半導(dǎo)體型兩類(lèi)。復(fù)合型的實(shí)例不多，如甲基乙烯基硅橡膠與40%乙炔炭黑復(fù)合彈性體的體積電阻可達(dá)100Ω‧cm以下，與40%爐黑復(fù)合彈性體的體積電阻為119×103～416×107Ω‧cm。采用硅橡膠的主要原因是不用硫黃交聯(lián)劑，耐熱和耐候性好。其用途，除作導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電墨水之外，尤其可作鍵盤(pán)等開(kāi)關(guān)元件、輥類(lèi)材料、漏油傳感材料、防電磁波以及在紡織工業(yè)中作為抗靜電材料、導(dǎo)電膠輥、傳送帶等。 生物醫(yī)用功能彈性體 在高科技醫(yī)療領(lǐng)域使用的彈性體中，作為人工臟器官材料，直接與人的血液接觸的實(shí)例不少。如體外血液循環(huán)材料、輸血用具、人工肺、人工皮膚、輔助人工心臟材料等。當(dāng)血管損傷時(shí)，血液凝固，阻止血液外流，這是身體自身的保護(hù)作用的重要實(shí)例。如果血液與材料（或異物）接觸，由于血栓的形成而會(huì)使血液被凝固，阻礙血液的流動(dòng)，因此作為一種生物醫(yī)用材料應(yīng)具有抗血栓性能。一是在材料上固定抗血栓物質(zhì)，如肝素；二是使材料表面具有類(lèi)似于血管內(nèi)壁的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，如親疏水雙重性、親水凝膠結(jié)構(gòu)。 Sh 功能彈性體 在此彈性體中，值得注意的研究動(dòng)向是主要作保鮮功能材料的1,2-聚丁二烯（HSPBd-1,2）和具有分離功能的彈性體。 HSPBd-1,2 日本合成橡膠公司(JSR) 以4 種牌號(hào)*生產(chǎn)HSPBd-1,2。這一聚合物含有規(guī)整度為50～70 的富有結(jié)晶的區(qū)域和結(jié)晶區(qū)，以大嵌段結(jié)構(gòu)組成。其中結(jié)晶相為硬段，非結(jié)晶相為賦有橡膠彈性的軟段。HSPBd-1,2主要作為非交聯(lián)和交聯(lián)兩種材料使用。在非交聯(lián)材料方面，因?yàn)樗灰灼茡p，具有優(yōu)良的透氣性和透濕性，可用作新鮮食品的包裝材料。它不含有其他填料，不必?fù)?dān)心對(duì)食品的污染；在燃燒處理過(guò)程中，也不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的污染。這對(duì)于改善環(huán)境，生產(chǎn)合理化以及提高計(jì)量的準(zhǔn)確性都有好處。 在醫(yī)療和醫(yī)用方面，已確認(rèn)其對(duì)可溶性脂肪藥物無(wú)吸附作用。在交聯(lián)材料方面，則利用其紫外線(xiàn)敏感性，可作感光材料；巧妙地利用日光和熱的反應(yīng)性，可作發(fā)泡材料；還可利用其高交聯(lián)和透明性特性，作熱固性材料（如制作光學(xué)唱片等）。 分離功能彈性體 該類(lèi)彈性體大體上可分為：氣體和金屬離子分離膜兩類(lèi)。當(dāng)氣體通過(guò)高分子膜時(shí)，氣體首先被高分子膜吸附成各氣體的混合物，氣體的溶解度取決于氣體的種類(lèi)和高分子膜的結(jié)構(gòu)，其擴(kuò)散速度取決于氣體分子和高分子空間的大小。溶解度和擴(kuò)散速度的相對(duì)關(guān)系，決定氣體的透過(guò)速度。在各種材料中，硅橡膠的氧氣透過(guò)系數(shù)較大，但強(qiáng)度低，不易成膜。目前在金屬離子分離膜中，較有成效的是在聚氨酯主鏈或側(cè)鏈引入冠醚的方法，因?yàn)楣诿驯旧韺?duì)金屬離子有較強(qiáng)的配位能力。 功能聲學(xué)橡膠制品 平面波在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，聲阻抗率和特性阻抗相等。特性阻抗是描述介質(zhì)本身性質(zhì)的一個(gè)十分重要的物理量，是判斷材料是否可作為反聲材料或透聲材料的主要標(biāo)志之一。當(dāng)相鄰兩種介質(zhì)的特性阻抗接近或相等時(shí)，我們稱(chēng)為“阻抗匹配”，反之稱(chēng)為阻抗失配。只有在兩種介質(zhì)的特性阻抗ρ，υ相同時(shí)，聲波在界面處才不致發(fā)生反射。橡膠的特性阻抗和水接近，而且可以用改變填料和其他組分來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以適用于在聲路中和水匹配，這就是橡膠常用作水聲材料的原因。 水聲功能橡膠制品 水聲橡膠在水中對(duì)聲波的傳播起著重要作用，它可以消除聲的反射，降低噪音，保持聲波的傳遞不失真，避免水下各種噪音的干擾。根據(jù)橡膠在水聲工程中的作用，可將其分為吸聲橡膠、透聲橡膠和反聲橡膠3 種類(lèi)型的制品。 作為水聲吸聲材料必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：（1）材料的特性聲阻抗與介質(zhì)水的特性聲阻抗要匹配，使聲波能無(wú)反射地進(jìn)入吸聲系統(tǒng)；（2）材料要有很高的內(nèi)耗，使入射進(jìn)來(lái)的聲波在吸收系統(tǒng)中很快損耗而衰減。 在應(yīng)用方式上，通常采用共振式吸聲結(jié)構(gòu)或漸變過(guò)程結(jié)構(gòu)。前者是把帶孔的橡膠薄層粘在鋼板上，通過(guò)改變孔徑的大小和數(shù)量來(lái)調(diào)整材料的有效彈性模量和損耗；而后者則常把橡膠等制品做成尖錐或尖劈狀，以實(shí)現(xiàn)材料聲學(xué)狀態(tài)的逐步過(guò)渡，達(dá)到阻抗匹配的目的。 透聲橡膠制品 理想的透聲材料是聲波入射到透聲層上時(shí)能夠無(wú)反射、無(wú)損耗地通過(guò)，所以要求材料的特性阻抗與水匹配，材料的衰減常數(shù)要盡可能小。透聲材料常用作水聽(tīng)器的包覆層，例如氯丁橡膠、丁基橡膠和近年來(lái)采用的澆注型聚氨酯橡膠。在水聲工程中，聲納、魚(yú)雷的導(dǎo)流罩或透聲窗都需要具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的透聲材料。例如利用鋼絲增強(qiáng)透聲橡膠，用以制作大型球鼻艏導(dǎo)流罩，或用玻璃增強(qiáng)塑料與其復(fù)合，用以制作各種潛艇聲吶罩等等。 透聲橡膠制品在聲學(xué)性能上主要有兩點(diǎn)要求：（1）橡膠的特性聲阻抗ρC 值（即橡膠的密度與聲波在橡膠中的傳播速度的乘積）要與聲波的傳播介質(zhì)水的ρC 值相匹配；（2）聲波通過(guò)橡膠時(shí)，橡膠對(duì)聲能的損耗要小。橡膠的特性聲阻抗與水是相近的，因此，橡膠是較好的透聲材料，天然橡膠、氯丁橡膠是應(yīng)用較早的透聲橡膠。聲波透過(guò)橡膠時(shí)，產(chǎn)生的聲衰減值取決于膠料的組成，其中包括兩個(gè)部分：一是膠種的選擇；二是其他配合劑的選擇。其中zui主要的是橡膠的種類(lèi)。聲波通過(guò)橡膠時(shí)，如同力作用在橡膠上一樣，使橡膠產(chǎn)生彈性形變和塑性形變，塑性形變使聲能衰減。因此，聲能的衰減隨膠料的彈性增加而減小，隨膠料的滯后損失增加而加大。這就為設(shè)計(jì)聲衰減小的透聲橡膠制品提供了理論依據(jù)。 反聲橡膠制品 為了避免水下各種噪聲（包括一切不需要的信號(hào)）的干擾，在水聲設(shè)備上應(yīng)采用反聲橡膠材料。理想的反聲材料應(yīng)當(dāng)使入射聲波*地被反射回去。 首先，應(yīng)當(dāng)使材料的特性阻抗與水的特性阻抗嚴(yán)重失配；其次，要求材料的衰減常數(shù)小，使入射聲波絕大部分被反射。這種材料在水聲工程中多用作聲納反射罩，以及換能器基陣的反聲后擋等。在水面艦艇聲納中，常用閉孔泡沫塑料或泡沫橡膠作為反聲材料。但是，由于在潛艇聲納或其他深水水聲設(shè)備中，要求材料能夠耐高的靜水壓，除了用一定厚度的金屬做聲硬障板外，目前，多用開(kāi)孔硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料做芯材，外包一層澆鑄型聚氨酯橡膠，做成復(fù)合結(jié)構(gòu)。在水聲技術(shù)中，人們對(duì)吸聲體很重視，對(duì)反聲體則較少注意。在淺水中（即常壓或低壓下）這些問(wèn)題很容易解決，海綿橡膠、泡沫塑料便能滿(mǎn)足要求。在高壓下，空氣很容易滿(mǎn)足這個(gè)要求，空氣與水的阻抗比為143，在深水中可用含空氣的海綿橡膠作反聲材料，但必須避免使反聲材料中的空氣溢出和水對(duì)反聲材料的滲透，所以大多數(shù)場(chǎng)合下利用閉孔海綿橡膠，它具有的反聲特性，反射系數(shù)一般可達(dá)80%以上。 隨著橡膠制品應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛化、深入化、專(zhuān)業(yè)化，市場(chǎng)對(duì)各種橡膠制品的性能提出了更高更細(xì)致的要求，使得我們?cè)诒３窒鹉z制品原有傳統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，必須賦予橡膠制品在其相對(duì)應(yīng)使用領(lǐng)域所需要的特殊功能和性能。有理由相信，21世紀(jì)的橡膠技術(shù)必將朝著高性能化和功能深入化的方向發(fā)展。 |
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SAMPE中國(guó)第二十屆國(guó)際先進(jìn)復(fù)合材料展覽會(huì)
展會(huì)城市：北京市展會(huì)時(shí)間：2025-06-18